Разработка и моделирование мехатронной системы сортировки по габаритам

Содержание

Введение

Глава 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

1.1. Назначение и выполняемые работы автоматизированной системы

1.2. Состав автоматизированной системы

Глава 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

2.1. Описание среды моделирования и симуляции автоматизированной системы NX CAD

2.2. Этапы проектирования автоматизированной системы

2.3. Подбор элементов автоматизированной системы и расчёт их характеристик

2.4. Описание программы для проектирования электропневматической схемы FluidSim

2.5. Проектирование электропневматической схемы

Глава 3. ОПТИМИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

3.1. Способы оптимизации работы автоматизированных систем

3.2. Оптимизация разработанной мехатронной системы (расчеты)

Глава 4. ИСПЫТАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

4.1. Методика проведения испытаний (факторы, цель проведения, вид испытания, наименование дополнительного оборудования и время проведения)

4.2. Методика проведения технического обслуживания (по периодичности)

4.3. Методика проведения ремонта (техника безопасности при выполнении ремонтных работ, на территории предприятия, подготовку оборудования к ремонту, способы и оборудование, инструменты для проведения данных действий с учетом мер безопасности, виды дефектов)

Глава 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

5.1. Организационно - экономическое обоснование спроектированной автоматизированной системы

5.2. Расчет затрат

5.3. 5.2.1 Материальные затраты 5.2.2 Затраты на оплату труда, включая отчисления на социальные нужды 5.2.3 Амортизационные отчисления 5.2.4 Прочие расходы

5.4. Расчет экономического эффекта реализации проекта

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Разработка и моделирование мехатронной системы сортировки по габаритам

Направление: МАШИНОСТРОЕНИЕ

Специальность: 15.02.10 Мехатроника и мобильная робототехника (по отраслям)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена стремительным развитием автоматизации технологических процессов в отечественной промышленности и необходимостью повышения эффективности производственных операций на российских предприятиях машиностроительного комплекса. В условиях реализации программы импортозамещения и цифровой трансформации промышленности Российской Федерации, предусмотренных Стратегией развития обрабатывающей промышленности России до 2030 года, внедрение мехатронных систем становится приоритетным направлением технологического перевооружения. Мехатронные системы сортировки по габаритам представляют собой интеграцию механических, электронных и программных компонентов, обеспечивающих высокоточное разделение изделий по геометрическим параметрам без участия человека, что критически важно для предприятий машиностроения, логистических комплексов и производств с высокой номенклатурой выпускаемой продукции.

Степень разработанности проблемы в отечественной научной и технической литературе свидетельствует о значительном интересе российских исследователей к вопросам проектирования и эксплуатации мехатронных систем. Фундаментальные основы мехатроники заложены в трудах ученых МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГТУ «СТАНКИН», Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Теоретические аспекты построения систем технического зрения для распознавания габаритов объектов рассмотрены в работах ФГБУН «Институт проблем механики РАН», а практические решения по интеграции сервоприводов и систем управления представлены разработками ГК «Ростех» и предприятий отечественной робототехники. Вместе с тем, комплексные исследования, объединяющие проектирование, моделирование, расчет параметров и оптимизацию мехатронных систем сортировки применительно к конкретным производственным условиям российских предприятий, остаются недостаточно освещенными и требуют дальнейшей детальной проработки.

Современные мехатронные системы характеризуются высокой степенью интеграции датчиков, исполнительных механизмов и контроллеров, что позволяет достигать производительности до 120 изделий в минуту при точности позиционирования до 0,1 мм. Применение таких систем в условиях российских машиностроительных предприятий, производящих детали различных габаритов, позволяет снизить долю ручного труда на операциях сортировки на 85-90%, сократить время цикла обработки партии изделий на 60-70% и практически исключить ошибки классификации, связанные с человеческим фактором. Разработка отечественных мехатронных систем сортировки с использованием российских программных средств моделирования и компонентной базы отвечает задачам технологической независимости и соответствует требованиям нормативно-технической документации Российской Федерации.

Цель выпускной квалификационной работы – разработка и моделирование мехатронной системы сортировки изделий по габаритным размерам с определением технических параметров, оптимизацией конструктивных решений и экономическим обоснованием целесообразности внедрения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• изучить теоретические основы построения мехатронных систем, нормативно-техническую базу проектирования и современное состояние отечественной мехатроники и робототехники;
• разработать конструкцию автоматизированной системы сортировки по габаритам с подбором компонентов и расчетом технических характеристик;
• выполнить трехмерное моделирование системы в среде NX CAD и проектирование электропневматической схемы в программе FluidSim;
• провести оптимизацию параметров мехатронной системы с целью повышения производительности и точности сортировки;
• разработать методики проведения испытаний, технического обслуживания и ремонта спроектированной системы;
• выполнить технико-экономические расчеты и определить экономический эффект от внедрения мехатронной системы.

Объектом исследования является мехатронная система сортировки промышленных изделий по габаритным размерам, предназначенная для установки на предприятии машиностроительного профиля.

Предметом исследования выступают технические параметры, конструктивные решения, алгоритмы управления и экономические показатели разрабатываемой мехатронной системы сортировки.

Методологическая база исследования включает теоретические основы мехатроники и робототехники, изложенные в трудах российских ученых; методы расчета кинематических и динамических параметров механизмов; инструментальные средства трехмерного моделирования NX CAD и проектирования пневматических систем FluidSim; положения нормативно-технических документов: ГОСТ Р 60.0.0.1-2016 «Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения», ГОСТ Р 56350-2015 «Роботы производственные. Требования безопасности», ГОСТ Р МЭК 62061-2019 «Функциональная безопасность систем управления, связанных с безопасностью», а также методики технико-экономического анализа и оценки эффективности инвестиций в техническое перевооружение.

Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к проектированию мехатронной системы сортировки, объединяющем трехмерное моделирование механической части, разработку электропневматической схемы управления, оптимизацию технических параметров с использованием расчетных методов и обоснование экономической целесообразности внедрения с учетом специфики российских машиностроительных предприятий.

Теоретическая значимость исследования состоит в систематизации методов проектирования мехатронных систем сортировки и адаптации существующих подходов к условиям отечественного производства с использованием российской нормативной базы.

Практическая значимость работы определяется возможностью непосредственного применения разработанной мехатронной системы на машиностроительных предприят

…